煤层气井可控冲击波储层增透选井方法

2024-01-18赵景辉李昂郑春峰沈琼张艳英黄铖

广东石油化工学院学报 2023年6期

赵景辉,李昂,郑春峰,沈琼,张艳英,黄铖

(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津 300452;2.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300450)

可控冲击波增透技术是近年发展起来的一种储层改造新技术,通过在近井地带的井筒中控制冲击波的能量释放,达到致裂储层的目的[1-3]。该技术可有效解决煤层或致密储层开发过程中存在的储层渗透率低、近井地带堵塞等导致的产能释放问题[4,5]。尤其是在煤层气井储层的增透解堵方面,通过在不同地区、不同地质结构储层的现场试验,取得了较好的增透效果[6-8]。在实际生产过程中,大量低产低效煤层气井“病急乱投医”,在没有有效的治理方法之前,采用可控冲击波增透煤储层更多地具有经验性和随机验证性,大大降低了可控冲击波实施的成功率,不但导致大量无效投入,还有可能造成煤层的永久伤害[9-11]。因此,优选出适合可控冲击波增透作业的煤层气井,提高煤层气田的开发效益,是目前面临的主要难题之一[12,13]。

本文基于可控冲击波工艺的实施特点,引入模糊数学理论,将影响可控冲击波增透储层的各因素进行标准化处理,通过层次分析法确定各影响因素的权重,采用模糊综合评价方法[14,15]得到可控冲击波的最佳应用井况,为生产提供指导。

1 可控冲击波煤储层增透实施效果的影响因素

1.1 可控冲击波煤储层增透实施效果的影响因素

煤层气井的冲击波直接作用于储层,对近井地带的岩石渗透性产生直接的影响,但同时,不同的储层作用效果不尽相同,而在不同的开发开采时期,生产参数也制约着冲击波的实施效果。

应用可控冲击波储层增透效果影响因素主要包括煤储层地质因素和开发开采因素,其中储层地质因素包括渗透率、孔隙度、储层累计厚度、破裂压力、地解压差、煤层夹矸厚度、煤体坚固性系数、瓦斯放散指数和煤储层含气量。开发开采因素包括储层历史措施改造情况、作业前产气产水情况和生产套压参数等。

1.2 可控冲击波实施效果影响因素权重

1.2.1 构建递阶层次结构模型

根据可控冲击波煤层气井增透效果影响因素指标,构建递阶层次结构模型,分为目标层(A)、因素层(F)和子因素层(S)。

目标层(A)即为可控冲击波煤储层改造潜力指数,包含两个因素层(F),分别为地质因素(F1)和工程开发因素(F2)。地质因素(F1)包含9个子因素层,分别为渗透率(S1)、孔隙度(S2)、储层累计厚度(S3)、破裂压力(S4)、地解压差(S5)、夹矸厚度(S6)、煤体坚固系数(S7)、瓦斯放散指数(S8)、煤储层含气量(S9);工程开发因素(F2)包含4个子因素层,分别为历史措施次数(S10)、作业前产气量(S11)、作业前产水量(S12)、生产套压(S13)。

模型中评价目标为可控冲击波煤储层改造潜力A=(F1,F2),其中F1=(S1,S2,…,S9),F2=(S10,S11,S12,S13)。

1.2.2 评价因素权重的确定

通过专家打分给出因素层中地质因素与工程开发因素在可控冲击波煤储层改造中的权重,其值为Wf=(0.7,0.3)T。

对于子因素在各因素中的权重,采用1～9标度法。因素Si与因素Sj同样重要,标度为1;因素Si稍微重要于因素Sj,标度为3;因素Si明显重要于因素Sj,标度为5;因素Si强烈重要于因素Sj,标度为7;因素Si极端重要于因素Sj,标度为9;两相邻因素判断的中间值2、4、6、8。反之,因素Sj稍微重要于因素Si,标度为1/3;因素Sj明显重要于因素Si,标度为1/5;因素Sj强烈重要于因素Si,标度为1/7;因素Sj极端重要于因素Si,标度为1/9;两相邻因素判断的中间值标度为1/2、1/4、1/6、1/8。

将F1中的9个影响因素进行两两比较,构建决策矩阵F1,将F2的4个重点影响因素进行两两比较,构建决策矩阵F2。

(1)

采用一致性检验法,通过一致性指标 CI 和一致性比率指标CR来计算各因素的权重:

(2)

式中:n为判断矩阵的阶数;λmax为判断矩阵的最大特征值;RI为随机一致性指标,查经验参照表确定。

决策矩阵F1为9阶矩阵,RI为1.45;决策矩阵F2为4阶矩阵,RI为0.9。计算矩阵最大特征值和标准化特征向量,当CR<0.1时,认为判断矩阵符合一致性要求;若CR≥0.1,则须重新构建判断矩阵,直至满足一致性检验要求。根据计算,判断矩阵F1的最大特征值λ1= 9.4631,CR1=0.0399,满足一致性检验要求;判断矩阵F2的最大特征值λ2= 4.0593,CR2=0.0220,满足一致性检验要求。由此可得F1和F2的权重向量:W1=(0.2486,0.1402,0.0815,0.2494,0.0309,0.0723,0.0723,0.0290,0.0758)T,W2=(0.4768,0.2696,0.1740,0.0795)T。

采用专家打分法确定目标层可控冲波煤储层改造潜力的影响指标的权重,Wf=(0.7,0.3),进而可得各子因素的权重:

WS=(0.1740,0.0981,0.0571,0.1746,0.0217,0.0506,0.0506,0.0203,0.0531,0.1431,0.0809,

0.0522,0.0238)

(3)

2 可控冲击波煤储层改造选井方法

2.1 建立影响因素等级评分标准

对于可控冲击波煤储层改造效果评价论域来说,按照评价决策分5个等级,分别为优、良、中、差、很差。

由7位专家团成员分别对各影响因素用打分的方法表明各自的评价,将各因素的定量化数据转换成相对评语,非定量化因素采用9分制进行打分,进而得出各影响因素的分级评判标准如表1所示。建立不同得分等级的隶属度关系,如表2所示。

表1 可控冲击波储层改造影响因素分级评判集

表2 不同得分隶属度关系

2.2 评判方法

根据目标井的井况,结合分级评判标准(表1、表2),给出单井可控冲击波储层改造工艺优选单因素评判矩阵Ri。采用加权平均模型算子M(·,+)进行模糊变换,可得到对于目标井(编号为i)可控冲击波煤储层改造的综合评价矩阵Yi,其式为

Yi=WSgRi

(4)

此时,煤层气井可控冲击波单井增透潜力评价值Pi为

Pi=YiCT,C=[-2,-1,0,1,2]

(5)

式中:Pi为编号为i的井的综合评价值;CT为等级矩阵,根据得分隶属度范围,定义综合评价值分为“很差” (-2,-1.2],“差” (-1.2,-0.4),“中”[-0.4,0.4],“良”(0.4,1.2]和 “优”(1.2,2]五个等级,等级评价为优和良的井采用可控冲击波进行储层增透改造或解堵效果较好,等级评价为差和很差的井完全不适合采用可控冲击波进行储层改造或解堵,评价为中的井采用可控冲击波进行增透解堵效果较为一般。

3 现场验证

沁水盆地S区块构造简单,断层稀少,煤层气资源丰富,为煤层气的大规模开发开采提供了有利条件,但煤层气井在钻井、完井和排液采气过程中都存在不同程度的近井地带储层污染,严重影响了煤层气的产能释放。针对这种井况,采用本文方法优化可控冲击波进行储层改造井,以S区块为例,在生产过程中被认为受储层近井地带污染最严重的3口井为X1、X2和X3(如表3所示)。而三口井的优选评价方法并不明确,常规做法为实施一口评价一口,或者对所有改造备选井进行作业。